第8章受扭构件的扭曲截面承载力-PPT精选

第8章受扭构件的扭曲截面承载力第8章受扭构件的扭曲截面承载力主要内容●概述●纯扭构件的试验研究●纯扭构件的扭曲截面承载力●弯剪扭构件的扭曲截面承载力●压弯剪扭构件的受扭承载力计算●属于协调扭转构件的扭曲截面承载力●构造要求重点●纯扭构件的扭曲截面承载力●弯剪扭构件的扭曲截面承载力●压弯剪扭构件的受扭承载力计算本章主要内容及重点第8章受扭构件的扭曲截面承载力8.1概述§8.1概述纯扭构件很少，大部分为弯、剪、扭共同工作。受扭构件根据扭矩产生的情况分为：(a)平衡扭转；(b)协调扭转。(a)平衡扭转(b)协调扭转■平衡扭转：作用在构件上的扭矩可通过静力平衡条件确定而与构件的扭转刚度第8章受扭构件的扭曲截面承载力8.1概述无关。如厂房中受吊车横向刹车力作用的吊车梁、雨蓬梁、曲梁和螺旋楼梯都属于这一类扭矩作用的构件。■协调扭转：在超静定结构中，作用在构件上的扭矩除了静力平衡条件以外，还必须由相邻构件的变形协调条件才能确定。如现浇框架结构中的边主梁，当次梁在荷载作用下受弯变形时，边主梁对次梁梁端的转动产生约束作用，根据变形协调条件，可以确定次梁梁端由于主梁的弹性约束作用而引起的负弯矩，该负弯矩即为主梁所承受的扭矩作用。第8章受扭构件的扭曲截面承载力§8.2纯扭构件的试验研究1.裂缝出现前的性能开裂前钢筋中的应力很小，受力性能与素混凝土构件基本相同。当外扭矩较小时，受力情况类似于弹性体，大体上复合圣维南弹性扭转理论。随扭距增大，首先在长边中点达到；由于混凝土的塑性性能，构件并未开裂。maxtptf8.2纯扭构件的试验研究素混凝土纯扭构件第8章受扭构件的扭曲截面承载力8.2纯扭构件的试验研究随扭矩增大，塑性应力重分布，逐渐充分。最后，在构件长边首先出现与构件纵轴呈45°斜裂缝，并很快向两窄面发展，最后形成三面开裂一面受压的空间扭曲破坏面，素混凝土构件表现出明显的脆性。2.裂缝出现后的性能裂缝出现后，部分混凝土退出工作，钢筋应力明显增大，与裂缝相交的纵筋和箍筋均受拉。根据钢筋用量的不同，可能出现四种破坏形态：■当箍筋与纵筋适当时，发生适筋受扭破坏；纵筋，箍筋先屈服，后混凝土被压碎；■当箍筋与纵筋配置过少，或箍筋间距过大，其破坏与素混凝土构件破坏相似，呈脆性破坏，称为少筋受扭破坏（限制最小配筋率和最大箍筋间距）。■当两种钢筋均过量时，混凝土首先被压碎，钢筋不屈服，为脆性破坏，称为超筋受扭破坏（限制最大配筋率或最小截面尺寸）。第8章受扭构件的扭曲截面承载力8.3纯扭构件的扭曲截面承载力■当钢箍和纵筋中一种配置合适，另一种配置过多而不能屈服，称为部分超筋受扭破坏，有一定塑性，但较小（受扭纵筋与箍筋的配筋强度比ζ适中）。§8.3纯扭构件的扭曲截面承载力1.开裂扭矩的计算混凝土开裂前，钢筋应力很小，可忽略其作用。因此可近似按素混凝土构件计算。（1）按弹性理论计算视混凝土为弹性材料，最大扭剪应力发生在截面长边中点边缘处，当最大扭剪应力产生的主拉应力达到混凝土的抗拉强度时混凝土开裂，此时开裂扭矩为：，式中为与有关的系数。maxtftpmaxtf2crtTfbh/hb第8章受扭构件的扭曲截面承载力8.3纯扭构件的扭曲截面承载力弹性应力分布塑性应力分布（2）按塑性理论计算视混凝土为理想塑性材料，破坏时全截面上的扭剪应力均达到最大值，当其产生的主拉应力达到混凝土的抗拉强度时混凝土开裂，开裂扭矩为：maxtftW2(3)6tbWhb22max(3)(3)66crtttbbThbfhbfW式中，为受扭构件截面受扭塑性抵抗矩，第8章受扭构件的扭曲截面承载力实际上，混凝土即非弹性材料又非理想塑性材料，故梁的实际抗扭承载力介于两者之间。《规范》采用按塑性理论的计算结果乘以降低系数0.7，即：2.扭曲截面受扭承载力的计算钢筋混凝土受扭构件扭曲截面受扭承载力的计算，主要有以变角度空间桁架模型和以斜弯理论为基础的两种计算方法。《规范》采用的是前者。变角度空间桁架模型的基本假定：（1）混凝土只承受压力，具有螺旋形裂缝的混凝土外壳组成桁架的斜压杆，其倾角为；（2）纵筋和箍筋只承受拉力，分别为桁架的弦杆和腹杆；（3）忽略核心混凝土的受扭作用及钢筋的销栓作用。crtt0.7TfW8.3纯扭构件的扭曲截面承载力第8章受扭构件的扭曲截面承载力8.3纯扭构件的扭曲截面承载力bcorNdF4dqF2qbcorsNbcorctgq(c)变角度空间桁架模型第8章受扭构件的扭曲截面承载力8.3纯扭构件的扭曲截面承载力设薄壁厚度为，薄壁周长取箍筋内口尺寸所围成的长度，用表示，则dtcorucorcorcor2ubhcor2bbccor2hhc，设扭矩T在箱形截面薄壁混凝土中产生的斜向压力沿薄壁单位长度上的环向分量（剪力流）为，且，则法向分量为根据平衡条件，有qdqtcorcorcorcorcorcorcor22TqbhqhbqbhqActgq即cor2TqAcorystctgilquFfA即corystcor2tglATfAu(a)第8章受扭构件的扭曲截面承载力8.3纯扭构件的扭曲截面承载力取截面任一侧边的一条完整斜裂缝区段为研究对象，根据平衡条件有：bcorNdF4dqF2qbcorsNbcorctgq(c)corcoryvst1ctgbqbNfAs代入，即cor2TqAcoryvst12ctgATfAs(b)变角度空间桁架模型联立（a）、（b）消去，得yvst1cor2fAATs式中，为配筋强度比，它代表单位长度上纵筋拉力薄壁与箍筋拉力薄壁的强度比值，从而决定了混凝土斜压杆的倾角。ystyvst1corlfAsfAu第8章受扭构件的扭曲截面承载力8.3纯扭构件的扭曲截面承载力3.按《规范》的配筋计算方法考虑混凝土和钢筋的共同贡献，经回归分析得出hw/b≤6的矩形，hw/tw≤6的箱形截面和T形、I形截面的受扭构件扭曲截面承载力的实用计算公式：受扭构件截面第8章受扭构件的扭曲截面承载力8.3纯扭构件的扭曲截面承载力yvst1corutt0.351.2fAATfWsystyvst1corlfAsfAu（1）hw/b≤6的矩形截面纯扭构件规范规定：ζ值取值范围为0.6≤ζ≤1.7，当ζ1.7时取1.7。一般ζ取1.2左右较为合理。对于在轴向压力和扭矩共同作用下的矩形截面纯扭构件：yvst1coruttt0.351.20.07fAANTfWWsA当时，取。ζ值取值范围为0.6≤ζ≤1.7，当ζ1.7时取1.7。c0.3NfAc0.3NfA第8章受扭构件的扭曲截面承载力8.3纯扭构件的扭曲截面承载力（2）hw/tw≤6的箱形截面纯扭构件yvst1coruhtt0.351.2fAATfWs为箱形截面壁厚影响系数，=2.5tw/bh，当≥1.0时，取=1.0，ζ值取值范围为0.6≤ζ≤1.7，当ζ1.7时取1.7。一般ζ取1.2左右较为合理。箱形截面受扭塑性抵抗扭为：hhhh)]2(3[6)2()3(622whwwhhhhttbhtbbhbW式中bh、hh分别为箱形截面的宽度和高度；hw为箱形截面的腹板净高；tw为箱形截面的壁厚。第8章受扭构件的扭曲截面承载力8.3纯扭构件的扭曲截面承载力（3）对于T形和I形截面纯扭构件T形、I形截面的矩形划分方法■将截面分成几个矩形截面进行配筋计算，划分原则：首先满足腹板截面的完整性。■计算抗扭塑性抵抗矩2tw(3)6bWhb第8章受扭构件的扭曲截面承载力8.3纯扭构件的扭曲截面承载力ttwtftftwtftf、、2ftff()2hWbb分别为腹板、受压翼缘、受拉翼缘的抗扭塑性抵抗矩。当翼缘较大时，以上公式应满足：2ftff()2hWbbff6bbhff6bbh及■分配（按）扭矩tiWtwwtWTTW，twftWTTW，tfftWTTW■按分配的扭矩进行各小矩形截面的抗扭计算。第8章受扭构件的扭曲截面承载力8.3纯扭构件的扭曲截面承载力（4）矩形截面纯扭构件的计算方法■截面设计●计算截面抗扭塑性抵抗矩；●取，根据基本公式计算抗扭箍筋，验算配箍率；●根据计算抗扭纵筋，验算配筋率；●选用钢筋规格，抗扭纵筋应沿截面核心周边均匀布置（按截面核心周长分配），并满足构造要求。■截面复核●计算截面抗扭塑性抵抗矩；●根据实配钢筋计算，；●根据基本公式计算1.2sv1AstWystyvst1cor1.2lfAsfAustlAtW0.61.7uT第8章受扭构件的扭曲截面承载力8.4弯剪扭构件的扭曲截面承载力§8.4弯剪扭构件的扭曲截面承载力1.试验研究及破坏形态试验结果表明，弯剪扭构件破坏时根据弯矩、剪力和扭矩的大小可能出现弯型破坏、扭型破坏、剪切型破坏和剪扭型破坏。在弯矩、剪力和扭矩共同作用下，构件的受弯、受剪和受扭承载力是相互影响的。这种相互影响的特性称为相关性。其中剪扭相关性最为突出，这是因为目前的受剪和受扭承载力计算公式中都考虑了混凝土的作用。因此在计算弯剪扭构件的受剪承载力时必须考虑扭矩的影响，计算受扭承载力时必须考虑剪力的影响。受弯承载力可单独计算。《规范》采用了如下的简化方法来考虑弯、剪、扭的相关性：■弯扭构件的承载力计算为简化设计,《规范》采用简单的叠加法：首先拟定截面尺寸，然后按纯扭构件承载力公式计算所需要的抗扭纵筋和箍筋，按受扭要求配置；第8章受扭构件的扭曲截面承载力再按受弯构件承载力公式计算所需要的抗弯纵筋，按受弯要求配置；对截面同一位置处的抗弯纵筋和抗扭纵筋，可将二者面积叠加后确定纵筋的直径和根数。■剪扭构件的承载力计算采用考虑混凝土部分相关，钢筋部分相叠加（不考虑相关性）的计算方法分别计算受剪承载力和受扭承载力。纵筋按考虑剪扭相关性后的受扭承载力计算确定，并按受扭要求配置；箍筋按考虑剪扭相关性后的受扭承载力和受剪承载力分别计算后相叠加。■弯剪扭构件的承载力计算按受弯构件承载力公式计算所需要的抗弯纵筋，按受弯要求配置；按剪扭构件的受扭承载力公式计算所需要的抗扭纵筋和抗扭箍筋，抗扭纵筋按受扭要求配置；按剪扭构件的受剪承载力公式计算所需要的抗剪箍筋，按受剪要求配置；对截面同一位置处的抗弯纵筋和抗扭纵筋，可将二者面积叠加后确定纵筋的直径和根数；对截面同一位置处（截面核8.4弯剪扭构件的扭曲截面承载力第8章受扭构件的扭曲截面承载力8.4弯剪扭构件的扭曲截面承载力心周边上）的抗扭箍筋和抗剪箍筋，可将二者面积叠加后确定箍筋的直径和间距。2.弯剪扭构件的受剪及受扭承载力计算（1）剪扭相关性剪扭相关性表现为剪力的存在使构件的抗扭能力降低，扭矩的存在使构件的抗剪能力降低。这种相关影响主要针对混凝土抵抗的剪力和扭矩部分。钢筋部分的抗剪和抗扭可根据各自的需要分别计算后叠加。试验结果表明，混凝土部分的剪扭相关关系接近于1/4圆：22221cctcocoVTVT为了简化计算，规范将1/4圆简化为三线段，由图可以看出：当时，取5.0t1.0,0.5t第8章受扭构件的扭曲截面承载力8.4弯剪扭构件的扭曲截面承载力剪扭承载力相关关系当时，取当时，取5.01.0,0.5t0.15.0t5.1tccoccocotccoccocoVVVTVTTTTVTV5.1t与联立，得：第8章受扭构件的扭曲截面承载力8.4弯剪扭构件的扭曲截面承载力t5.11.51tcocoVTTV称为剪扭相关系数。显然：，因此，当时，取，则；因此，当时，取t1t1t1t10.5t0.5t0.5t对剪扭相关性的讨论①当时，可忽略剪力影响，按纯扭计算；0.5coVVt00.35fbht00.8751fbh②当时，可忽略扭矩影响，按纯剪计算；tt0.50.175coTTfW第8章受扭构件的扭曲截面承载力8.4弯剪扭构件的